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Die Erfindung betrifft eine Prüfeinrichtung für eine elektrische Verbindungsstelle eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens zwei Anschlusskontakten zum elektrischen Verbinden der Prüfeinrichtung mit jeweils einem von wenigstens zwei Kontaktstellen der elektrischen Verbindungsstelle, zwischen denen ein zu prüfender Abschnitt der Verbindungsstelle ausgebildet ist, und einer mit den Anschlusskontakten elektrisch gekoppelten Messeinheit.
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Prüfeinrichtungen der gattungsgemäßen Art sind in Stand der Technik umfänglich bekannt. So offenbart beispielsweise die
DE 41 30 978 A1 ein Prüfgerät, das zum Prüfen von elektrisch abgesicherten Verbrauchern in einem Fahrzeug-Bordnetz dient. Mittels des Prüfgeräts wird ein an einem in eine Leitung zwischen einem Verbraucher und einer Spannungsquelle eingeschleiften Messwiderstand entstehender, von der tatsächlichen Stromaufnahme des eingeschalteten Verbrauchers abhängiger Spannungsabfall erfasst und durch Vergleich mit einem zulässigen, verbraucherspezifischen Wert ausgewertet, um bei außerhalb des zulässigen Bereichs liegenden Spannungsabfall an dem Messwiderstand eine Anzeigeeinrichtung zu aktivieren.
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Diese Lehre erfordert, dass zwischen der zu prüfenden elektrischen Verbindungsstelle zunächst ein Messwiderstand eingeschleift wird und sodann eine elektrische Verbindung zu dem Prüfgerät hergestellt wird, um eine Messung durchführen zu können. Dabei erweist es sich als nachteilig, dass aufgrund der elektrischen Verbindung eine entsprechende Auslegung des Prüfgeräts erforderlich ist. Für Niederspannungsanwendungen im Bereich von elektrischen Spannungen, die kleiner oder gleich 60 V sind, mag dies noch praktikabel sein, jedoch erweist sich die Anwendung dieser Lehre spätestens bei Spannungen von größer als 60 V als problematisch, da neben Anforderungen hinsichtlich der Spannungsfestigkeit auch zusätzliche erhöhte Anforderungen hinsichtlich der elektrischen Sicherheit zu beachten sind. Der Aufwand für ein solches Prüfgerät wird dann erheblich steigen und seine Handhabbarkeit erheblich einschränken.
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Die Erfindung zielt darauf ab, elektrische Energiespeicher von Kraftfahrzeugen, insbesondere elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen wie Elektrofahrzeugen, Hybridfahrzeugen und/oder dergleichen, zu überwachen. Derartige elektrische Energiespeicher sind üblicherweise für elektrische Gleichspannungen ausgelegt, die deutlich größer als die Kleinspannung von 60 V sind, beispielsweise etwa 400 V bis etwa 800 V, insbesondere etwa 1200 V und/oder dergleichen.
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Aus Sicherheitsgründen haben solche elektrischen Energiespeicher Sicherheitseinrichtungen beziehungsweise Sicherheitselemente, wie elektrische Sicherungen, beispielsweise Schmelzflusssicherungen, Schütze zum elektrischen Abschalten von Anschlusskontakten des elektrischen Energiespeichers, weitere Schaltelemente beziehungsweise Schmelzsicherungen je nach Konstruktion und/oder dergleichen.
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Bei derartigen elektrischen Energiespeichern, je nach Höhe der Gleichspannung auch Hochvoltbatterie beziehungsweise Niedervoltbatterie genannt, ist es wichtig, über den Funktionszustand der etwaigen Sicherungselemente informiert zu sein beziehungsweise bei einer Störung informiert zu werden. Es ist deshalb zweckmäßig, den Zustand dieser Sicherheitselemente zu diagnostizieren beziehungsweise zu überwachen.
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Dabei hat es sich gezeigt, dass es für die Prüfung beziehungsweise Überwachung beziehungsweise Diagnose nachteilig ist, wenn ein entsprechendes Prüfgerät eine elektrische Verbindung derart zu der zu prüfenden Verbindungsstelle hat, dass das Prüfgerät gemäß einem an der elektrischen Verbindungsstelle anliegenden elektrischen Potential entsprechend der sich hieraus ergebenden elektrischen Anforderungen auszulegen ist. Dies ist aufwendig und kostenintensiv und steht darüber hinaus einer Serienanwendung, beispielsweise für einen Einbau in eine Hochvoltbatterie beziehungsweise eine Niedervoltbatterie entgegen.
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Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Prüfeinrichtung dahingehend weiterzubilden, dass sie einerseits einfach und kostengünstig ausgestaltet sein kann und andererseits ein weites Anwendungsspektrum im Bereich der Überprüfung von elektrischen Verbindungsstellen ermöglicht.
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Als Lösung wird mit der Erfindung eine Prüfeinrichtung gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich anhand von Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
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Mit der Erfindung wird bezüglich einer gattungsgemäßen Prüfeinrichtung insbesondere vorgeschlagen, dass diese einen Impulsgeber zum Erzeugen eines Spannungsimpulses und einen eine Primärwicklung und eine mit der Primärwicklung magnetisch gekoppelte Sekundärwicklung aufweisenden Transformator aufweist, wobei ein erster Wicklungsanschluss der Primärwicklung an den Pulsgeber und ein zweiter Wicklungsanschluss der Primärwicklung an die Messeinheit angeschlossen ist, wobei die Sekundärwicklung zwei Wicklungsanschlüsse aufweist, von denen jeweils einer mit einem der Anschlusskontakte elektrisch gekoppelt ist, und wobei wenigstens eine der beiden elektrischen Kopplungen zwischen dem jeweiligen Wicklungsanschluss der Sekundärwicklung und dem jeweiligen Anschlusskontakt einen elektrischen Kondensator aufweist.
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Mit der Prüfeinrichtung der Erfindung ist es möglich, eine Überprüfung von elektrischen Verbindungsstellen von spannungsführenden Teilen nahezu beliebiger Art durchzuführen, wobei die Prüfeinrichtung der Erfindung zugleich auch eine galvanische Trennung zwischen den Anschlusskontakten und der Messeinheit ermöglicht, sodass lediglich der Transformator für die Beaufschlagung mit einer entsprechenden Spannung ausgelegt zu sein braucht. Darüber hinaus erlaubt es das Messverfahren der Erfindung, die Prüfeinrichtung sehr kompakt auszugestalten und zugleich eine hochgenaue Messung durchzuführen.
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Anders als beim Stand der Technik, bei dem eine zu prüfende Verbindungsstelle mit einer ersten elektrischen Größe beaufschlagt wird, um an der Verbindungsstelle selbst eine zweite elektrische Größe zu erfassen, um daraus auf einen Zustand der elektrischen Verbindungsstelle schließen zu können, sieht die Erfindung stattdessen vor, dass ein System, gebildet aus dem Transformator, dem wenigstens einen Kondensator und der elektrischen Verbindungsstelle mit einem elektrischen Spannungsimpuls primärseitig in Bezug auf die Transformatorwicklung beaufschlagt wird und zugleich auch primärseitig eine sogenannte Impulsantwort erfasst und mittels der Messeinheit ausgewertet wird. Dadurch können sämtliche für die Messung erforderlichen signaltechnischen Einrichtungen galvanisch getrennt von der elektrischen Verbindungsstelle ausgeführt sein, die mittels der Prüfeinrichtung geprüft werden soll.
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Durch den wenigstens einen Kondensator kann zugleich sichergestellt werden, dass die elektrische Verbindungsstelle auch während des bestimmungsgemäßen Betriebs geprüft werden kann. Durch den Kondensator kann nämlich vermieden werden, dass ein Parallelzweig entsteht, der mit einem etwaigen Stromfluss parallel zur elektrischen Verbindungsstelle beaufschlagt wird, sodass die Prüfeinrichtung möglicherweise mit einem unzulässig hohen Strom beaufschlagt werden könnte. Durch den Kondensator kann dies vermieden werden. Dies gilt nicht nur für Gleichstrom, sondern kann zusätzlich auch für Wechselstrom ermöglicht werden, indem sowohl eine Induktivität der Sekundärwicklung in Verbindung mit einer elektrischen Kapazität des Kondensators entsprechend angepasst gewählt wird.
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Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn beide Wicklungsanschlüsse der Sekundärwicklung über jeweils einen Kondensator mit den jeweiligen Anschlusskontakten elektrisch gekoppelt sind. Dadurch kann auch eine Spannungsbeaufschlagung des Transformators reduziert werden, weil durch entsprechende Auslegung der Kondensatoren die Spannungsbeaufschlagung des Transformators bereits an den Kondensatoren abgefangen, zumindest jedoch reduziert, werden kann.
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Die elektrische Verbindungsstelle kann beispielsweise durch eine Schmelzsicherung, beispielsweise eine DC-Sicherung, eine OBL-Sicherung oder dergleichen aber auch durch einen elektromechanischen Schaltkontakt, wie dem elektromechanischen Schaltkontakt eines Schützes und/oder dergleichen gebildet sein. Darüber hinaus kann die elektrische Verbindungsstelle natürlich auch eine rein elektromechanische Verbindung sein, wie sie beispielsweise bei einem Verbinden von Kabelenden wie beispielsweise mittels Löten, Schweißen, Klemmen, Krempen und/oder dergleichen erreicht werden kann. Die elektrische Verbindungsstelle kann natürlich auch durch eine Funktionsstrecke eines Halbleiterbauelements wie einem Transistor oder dergleichen gebildet sein.
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Die Erfindung ermöglicht es, eine sehr kompakte Prüfeinrichtung bereitzustellen, sodass diese im elektrischen Energiespeicher, insbesondere in einem Gehäuse des elektrischen Energiespeichers, ergänzend angeordnet, beziehungsweise integriert, sein kann. Zugleich ermöglicht es die Erfindung, standardisierte Prüfeinrichtungen zu erstellen, die auf einfache Weise, zum Beispiel als Funktionsmodul, in bestehende elektrische Energiespeicher integriert werden können. Beispielsweise kann erreicht werden, dass die Prüfeinrichtung der Erfindung in Ergänzung zu einer bereits ohnehin in einem elektrischen Energiespeicher vorhandenen Steuereinrichtung implementiert wird, indem zum Beispiel vorhandene Funktionseinheiten zur Ausführung der Funktion der Prüfeinrichtung genutzt werden und/oder dergleichen.
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Die Erfindung ist dabei nicht auf den Einsatz bei elektrischen Energiespeichern für Kraftfahrzeuge beschränkt, sondern sie kann natürlich auch bei elektrischen Energiespeichern vorgesehen werden, die stationär angeordnet sind, beispielsweise im Rahmen einer unterbrechungsfreien Energieversorgung, einer Energieversorgung im Inselbetrieb und/oder dergleichen.
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Mittels der Prüfeinrichtung der Erfindung ist es möglich, etwaige Störungen einfacher erkennen sowie auch lokalisieren zu können. Die Erfindung ermöglicht es also, eine Fehlersuche zu erleichtern. Darüber hinaus können sicherheitstechnische Aspekte einfacher realisiert werden, und zwar insbesondere in Bezug auf eine Diagnose beziehungsweise Überwachung von Sicherheitselementen, wie eingangs bereits diskutiert.
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Die elektrische Verbindungsstelle weist wenigstens zwei Kontaktstellen auf, die zum elektrischen Verbinden mit den Anschlusskontakten der Prüfeinrichtung dienen können. Zwischen den Kontaktstellen der elektrischen Verbindungsstelle ist in der Regel der zu prüfende Abschnitt der elektrischen Verbindungsstelle ausgebildet. Der zu prüfende Abschnitt kann beispielsweise das elektromechanische Schaltelement selbst sein, ein elektrischer Verbindungsdraht einer Schmelzsicherung, eine elektrische Kontaktverbindung und/oder dergleichen.
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Die Kontaktstellen können beispielsweise durch bezüglich der Prüfeinrichtung elektrisch zugängliche leitfähige Bereiche der elektrischen Verbindungsstelle gebildet sein. Bei einer Schmelzflusssicherung kann dies beispielsweise durch Anschlussstellen der Schmelzsicherung gebildet sein.
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Die Anschlusskontakte der Prüfeinrichtung können beispielsweise durch lösbar mit den Kontaktstellen verbundene Kontaktelemente wie Kontaktstifte, Kontaktklemmen und/oder dergleichen gebildet sein. Darüber hinaus können die Anschlusskontakte jedoch auch fest mit den Kontaktstellen verbunden sein und zugleich einen elektrischen Kontakt herstellen, beispielsweise mittels bekannter Verbindungstechniken wie Löten, Schweißen, Krimpen, Klemmen oder dergleichen.
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Die mit den Anschlusskontakten elektrisch gekoppelte Messeinheit dient dazu, ein mittels der Anschlusskontakte der Messeinheit zugeführtes Messsignal auszuwerten, um eine Zustandsaussage in Bezug auf die elektrische Verbindungsstelle erreichen zu können. Die Erfindung sieht zu diesem Zweck vor, dass der die Primärwicklung und die mit der Primärwicklung magnetisch gekoppelte Sekundärwicklung aufweisende Transformator vorgesehen ist. Der Transformator ist vorzugsweise als Impulsüberträger ausgebildet, der besonders geeignet für die Übertragung von Spannungsimpulsen ist.
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Darüber hinaus umfasst die Prüfeinrichtung den Impulsgeber zum Erzeugen des Spannungspulses, der an den ersten Wicklungsanschluss der Primärwicklung angeschlossen ist. Der zweite Wicklungsanschluss der Primärwicklung ist an die Messeinheit angeschlossen. Dadurch wird eine Reihenschaltung der Primärwicklung mit der Messeinheit geschaffen. Sekundärseitig ist die Sekundärwicklung mit den Anschlusskontakten elektrisch gekoppelt, wobei jeweils einer der Wicklungsanschlüsse der Sekundärwicklung mit einem der Anschlusskontakte elektrisch gekoppelt ist. Dadurch wird erreicht, dass sowohl der Impulsgeber als auch die Messeinheit galvanisch getrennt von der elektrischen Verbindungsstelle ausgeführt sein können. Hierdurch kann eine besonders günstige Konstruktion der Prüfeinrichtung erreicht werden.
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Vorzugsweise sind die Anschlusskontakte elektrisch über jeweils einen elektrischen Kondensator mit den Wicklungsanschlüssen der Sekundärwicklung gekoppelt, sodass die elektrischen Kondensatoren jeweils in Reihe mit den Anschlusskontakten geschaltet sind. Dies erlaubt es, eine weitere Verbesserung hinsichtlich der galvanischen Trennung zu ermöglichen. Darüber hinaus kann zugleich eine Überwachung beziehungsweise Messung der elektrischen Verbindungsstelle auch während des bestimmungsgemäßen elektrischen Betriebs durchgeführt werden.
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Je nach Anwendungsbereich können die elektrischen Kondensatoren durch Keramikkondensatoren, Kunststofffolienkondensatoren, Elektrolytkondensatoren und/oder dergleichen gebildet sein.
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Der Impulsgeber erzeugt vorzugsweise Rechteckimpulse, die eine besonders steile Anstiegs- und/oder Abfallflanke aufweisen. Dadurch kann bereits mit kleinen Spannungsimpulsen eine zuverlässige Erfassung des Zustands der elektrischen Verbindungsstelle erreicht werden.
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Aufgrund der Schaltungsanordnung misst die Messeinheit eine Impulsantwort, die sich aus der Beaufschlagung mittels des Spannungsimpulses ergibt. Sowohl die Beaufschlagung mittels des Spannungsimpulses als auch die Messung mittels der Messeinheit erfolgen auf der Primärseite des Transformators und sind somit galvanisch von der elektrischen Verbindungsstelle abgekoppelt.
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Der Spannungsimpuls kann beispielsweise eine Spannungshöhe in einem Bereich von größer als 0 V bis etwa 5 V umfassen. Besonders bevorzugt umfasst er eine elektrische Spannung von etwa 2 V bis etwa 3 V. Zum Erzeugen der jeweiligen Flanke kann der Impulsgeber einen so genannten Hifi-Treiber sowie Aktiv-Pull-Up- und/oder Aktiv-Pull-Down-Treiber umfassen.
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Die Messeinheit umfasst vorzugsweise auch eine Filterschaltung, die sich dazu eignet, zumindest eine Tiefpassfilterung, vorzugsweise eine Bandpassfilterung auszuführen. Dadurch kann das Messsignal für eine entsprechend geeignete Weiterverarbeitung und Auswertung aufbereitet werden. Zu diesem Zweck umfasst die Messeinheit ferner eine nicht weiter diskutierte Auswerteeinheit, die das, insbesondere gefilterte, Messsignal auswertet und einen Zustandswert für die elektrische Verbindungsstelle ausgibt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigen:
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1 In einer schematischen Blockschaltbilddarstellung eine Hochvoltbatterie für einen Einsatz in einem Kraftfahrzeug, mit einer Prüfeinrichtung gemäß der Erfindung und
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2 In einer schematischen Blockschaltbilddarstellung eine Prüfeinrichtung gemäß der Erfindung.
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Es zeigt 1 in einer schematischen Blockschaltbilddarstellung einen elektrischen Energiespeicher in Form einer Hochvoltbatterie 14, wie sie in einem nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeug angeordnet ist. Die Hochvoltbatterie 14 umfasst mehrere schematisch mit einem einzigen Symbol dargestellte, in Reihe geschaltete galvanische Zellen 48, mittels denen vorliegend eine Gleichspannung in Höhe von etwa 400 V bereitgestellt werden kann. Das entsprechende Schaltsymbol ist ferner mit einem Bezugszeichen UBatt zugeordnet. Anschlüsse der galvanischen Zellen 48 sind über elektromechanische Schaltelemente 58 eines nicht weiter dargestellten Schützes an elektrische Anschlusspole HV+ und HV– angeschlossen. An diesen Anschlüssen ist eine nicht weiter dargestellte elektrische Anlage des Kraftfahrzeugs angeschlossen.
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Ferner ist eine Vorladeschaltung vorgesehen, die einen elektromechanischen Schaltontakt 56 eines weiteren Schützes sowie einen Vorladewiderstand 54 umfasst. Die Vorladeschaltung überbrückt einen der elektromechanischen Schaltkontakte 58, wenn sie aktiviert ist.
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Es sind weitere HV+ und HV–-Anschlüsse vorgesehen, die der elektrischen Energieversorgung von bestimmten, nicht weiter dargestellten Anlagenteilen der elektrischen Anlage dienen. So ist einer der weiteren HV+-Anschlüsse über eine DC-Sicherung, eine Schmelzflusssicherung 56, an den HV+-Anschluss angeschlossen. Noch ein weiterer HV+-Anschluss ist über eine OBL-Sicherung 50 ebenfalls an dem HV+-Anschluss angeschlossen.
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In einem nicht weiter dargestellten Gehäuse der Hochvoltbatterie 14 ist ferner eine Prüfeinrichtung 10 gemäß der Erfindung angeordnet. Die Prüfeinrichtung 10 umfasst zwei Leitungen 44, 46, die Anschlusskontakte 16, 18 aufweisen. Die Anschlusskontakte 16, 18 sind an Kontaktstellen einer Sicherung 12 angeschlossen, die eine elektrische Verbindungsstelle zwischen einem der Anschlusskontakte der galvanischen Zellen 48 und dem HV–-Anschluss darstellt. Mit der Prüfeinrichtung 10 kann ein Funktionszustand der Sicherung 12 erfasst werden. Die Sicherung 12 ist vorliegend durch eine Schmelzflusssicherung gebildet. Sie ist ebenfalls in der Hochvoltbatterie 14 integriert angeordnet. Aufgrund der Anordnung wird sie mit dem vollen Batteriestrom der Hochvoltbatterie 14 beaufschlagt.
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2 zeigt schematisch einen Aufbau des Prüfgeräts 10, wie er in der Hochvoltbatterie 14 eingebaut ist. Zwischen den Kontaktstellen der Sicherung 12 ist der zu prüfende Abschnitt der Sicherung 12 ausgebildet, der vorliegend durch einen Metalldraht gebildet ist, der im bestimmungsgemäßen, ungestörten Betrieb, den Batteriestrom führt.
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Die Prüfeinrichtung 10 umfasst ferner eine mit den Anschlusskontakten 16, 18 elektrisch gekoppelte Messeinheit 20. Weiterhin umfasst die Prüfeinrichtung 10 einen Impulsgeber 22, der dem Erzeugen eines Spannungsimpulses dient. Schließlich umfasst die Prüfeinrichtung 10 einen eine Primärwicklung 24 und eine mit der Primärwicklung 24 magnetische gekoppelte Sekundärwicklung 26 aufweisenden Transformator 28. Ein erster Wicklungsanschluss 30 der Primärwicklung 24 ist an den Impulsgeber 22 und ein zweiter Wicklungsanschluss 32 der Primärwicklung 24 ist an die Messeinheit 20 angeschlossen. Dadurch ist die Primärwicklung 24 mit der Messeinheit 20 in Reihe geschaltet.
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Die Sekundärwicklung 26 weist zwei Wicklungsanschlüsse 34, 36 auf, von denen jeweils einer mit einem der Anschlusskontakte 16, 18 elektrisch gekoppelt ist. Vorliegend weisen die beiden elektrischen Kopplungen zwischen den Wicklungsanschlüssen 34, 36 der Sekundärwicklung und den beiden Anschlusskontakten 16, 18 jeweils einen elektrischen Kondensator 38, 40 auf. Hierdurch und durch die Ausführung des Transformators 28 besteht zwischen dem Impulsgeber 22 und der Messeinheit 20 auf der einen Seite und der Sicherung 12 auf der anderen Seite eine elektrische galvanische Trennung.
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Vorliegend wird mittels des Impulsgebers 22 die Reihenschaltung aus der Primärwicklung 24 des Transformators 28 und der Messeinheit 20 mit einem Spannungsimpuls beaufschlagt, der durch einen Rechteckimpuls gebildet ist. Der Rechteckimpuls hat eine möglichst hohe Flankensteilheit, zu welchem Zweck der Impulsgeber 22 einen Aktiv-Pull-Up- und/oder einen Aktiv-Pull-Down-Treiber aufweist.
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Mittels des Transformators 28 wird der Spannungspuls zumindest teilweise auf die Sekundärseite übertragen und über die Kondensatoren 38, 40, die Leitungen 44, 46 und die Anschlusskontakte 16, 18 auf die entsprechenden Kontaktstellen der Sicherung 12 aufgegeben. Entsprechend eines Funktionszustands der Sicherung 12 stellen sich Stromflüsse ein, die über den Transformator 28 auf dessen Primärseite zurückwirken. Diese Rückwirkung beziehungsweise Impulsantwort kann mittels der Messeinheit 20 als Messsignal erfasst werden.
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Das Messsignal wird mittels einer Tiefpassfiltereinheit 42 gefiltert und mittels einer nicht weiter dargestellten Auswerteeinheit ausgewertet. Mittels der Auswerteeinheit kann dann ein entsprechendes Zustandssignal ausgegeben werden, mittels welchem ein Funktionszustand der Sicherung 12 signalisiert werden kann.
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Aus 1 ergibt sich, dass die Hochvoltbatterie 14 nicht nur die Sicherung 12, sondern auch weitere Sicherungen wie die Sicherungen 50, 52 umfassen kann. Die Sicherungen 50, 52 brauchen nicht sämtlich im Gehäuse der Hochvoltbatterie 14 angeordnet zu sein. Zumindest einige der Sicherungen können auch extern, das heißt, außerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Vorzugsweise befinden sich die Sicherungen jedoch in einem Strompfad, welcher direkt mit den galvanischen Zellen 48 und/oder mit externen Ladegeräten verbunden sein kann.
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Weiterhin kann die Hochvoltbatterie 14 Schütze umfassen, die entsprechende elektromechanische Schaltkontakte 56, 58 umfassen können. Durch diese elektromechanischen Schaltkontakte 56, 58 können HV+-Anschlüsse und HV–-Anschlüsse der Hochvoltbatterie 14 von den galvanischen Zellen 48 elektrisch getrennt werden. Auch wenn in der 1 elektromechanische Schaltkontakte dargestellt sind, können an dieser Stelle auch entsprechend geeignete Halbleiterschalter ausgeführt sein, die beispielsweise nach Art eines Bipolartransistors, eines MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) oder dergleichen ausgebildet sein können.
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Die Prüfeinrichtung 10 kann auch an eine oder mehrere der vorgenannten Sicherheitseinrichtungen beziehungsweise Sicherheitselemente 50, 52, 56, 58 angeschlossen sein, um diese zu überwachen.
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Darüber hinaus kann eine Interlock-Schaltung vorgesehen sein, die eine Kontrolle einer korrekten Verbindung einer oder mehrerer Komponenten ermöglicht. Ein entsprechend gebildeter Interlock-Schaltkreis kann zum Beispiel in Steckverbindern, beispielsweise als voreilender Kontakt, separat ausgeführt sein und eine Kontrolle ermöglichen, ob etwaig gesteckte Komponenten ordnungsgemäß miteinander elektrisch verbunden sind.
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Bei Traktionsbatterien für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge als elektrischen Energiespeichern werden Sicherungen und Schaltschütze üblicherweise durch eine direkte oder indirekte Messung eines Spannungsabfalls über das jeweilige Sicherheitselement ermittelt. Typischerweise wird hierzu ein Strom aufgeprägt, was zur Folge hat, dass verschiedene Messstellen nicht unabhängig voneinander diagnostiziert werden können. Für eine Hochvoltbatterie, wie die Hochvoltbatterie 14 in 1, kann dies bedeuten, dass die Sicherungen 50, 52 bei einem geöffneten Schaltschütz mit elektromechanischen Schaltkontakten 56, 58 nicht überprüft werden können. Zudem müssen bei dieser Art der Diagnose potentialbehaftete Messleitungen zum Prüfgerät beziehungsweise zu einer Messeinrichtung beziehungsweise der Messeinheit 20 geführt werden, die beispielsweise durch einen Mikrocontroller oder dergleichen gebildet sein kann. Dadurch ist einerseits ein hoher Bauraumbedarf für entsprechende Steckverbinder an einem Steuergerät erforderlich, um beispielsweise entsprechende Kriech- und Luftstrecken einhalten zu können, andererseits aber auch eine entsprechende Komplexität des Steuergeräts aufgrund der insbesondere bei Hochvoltbatterien vorgeschriebenen galvanischen Trennung zwischen einer Link- und einer Packseite erforderlich.
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Die Prüfeinrichtung der Erfindung vermeidet die vorgenannten Nachteile. Der Impulsgeber 22 erzeugt einen Spannungsimpuls, der über die Primärseite des Transformators 28 geführt wird. Der Spannungsimpuls induziert auf der Sekundärseite des Transformators 28 ebenfalls eine entsprechende elektrische Spannung, die die Kondensatoren 38, 40, die hier als Ankoppelkondensatoren dienen, auf- beziehungsweise umlädt.
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Die zu messende elektrische Verbindungsstelle 12, hier ein elektrischer Widerstand der Sicherung 12, ist im bestimmungsgemäßen ungestörten Betrieb leitend und beträgt bei der Sicherung 12 lediglich wenige Milliohm. Ist die elektrische Verbindungsstelle hingegen gestört, beispielsweise weil der Verbindungsleiter der Sicherung 12 ausgelöst hat, kann der elektrische Widerstand einige Ohm bis zu einigen Megaohm betragen. Die Höhe dieses Widerstands bestimmt die Amplitude des Stromflusses auf der Primärseite des Transformators 28. Diese Höhe kann durch die Messeinheit 20 in Verbindung mit der Filterschaltung 42 ermittelt und beispielsweise mittels eines Mikrocontrollers der Messeinheit 20 weiter ausgewertet werden. Zu diesem Zweck kann eine Analog-Digital-Wandlung vorgesehen sein.
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Mit der Erfindung lassen sich folgende Vorteile erreichen:
- – Eine unabhängige Messung einzelner elektrischer Verbindungsstellen kann realisiert werden.
- – Es können galvanisch getrennte Ankoppelpfade realisiert werden, wodurch Bauraum eingespart werden kann, insbesondere wenn eine reduzierte Anforderung an Krieg- und Luftstrecken ermöglicht ist. Weiterhin kann eine galvanische Trenneinrichtung im Steuergerät eingespart werden.
- – Die Erfindung ermöglicht einen einfachen robusten Schaltungsaufbau mit wenigen Bauteilen.
- – Es ist keine komplexe Regelung erforderlich.
- – Optional kann durch eine hohe Auflösung bei der Spannungsmessung eine Güte der Verbindungstechnik beziehungsweise der elektrischen Verbindungsstelle, beispielsweise ein Durchgangswiderstand, ermittelt werden.
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Das Ausführungsbeispiel dient lediglich der Erläuterung der Erfindung und ist für diese nicht beschränkend. Weiterhin ist anzumerken, dass die für die erfindungsgemäße Vorrichtung beschriebenen Vorteile und Merkmale sowie Ausführungsformen gleichermaßen für ein entsprechendes Verfahren gelten und umgekehrt. Insbesondere können für Vorrichtungsmerkmale entsprechende Verfahrensmerkmale und umgekehrt vorgesehen sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Prüfeinrichtung
- 12
- Sicherung
- 14
- Hochvoltbatterie
- 16, 18
- Anschlusskontakte
- 20
- Messeinheit
- 22
- Impulsgeber
- 24
- Primärwicklung
- 26
- Sekundärwicklung
- 28
- Transformator
- 30, 32, 34, 36
- Wicklungsanschlüsse
- 38, 40
- Kondensator
- 42
- Filterschaltung
- 44, 46
- Leitungen
- 48
- galvanische Zellen
- 50, 52
- Sicherungen
- 54
- Vorladewiderstand
- 56, 58
- Schaltkontakte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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